Лучшие электроды для сварки: последовательность и принципы выбора

Ручная сварка электродами – это навык, для освоения которого потребуется много практики. При уже имеющемся сварочном оборудовании выбор подходящего электрода нелегок и ответственен. Профильный рынок предлагает широкий ассортимент марок электродов, где каждое изделие обуславливает разные механические свойства, и функционирует с источником тока определенного типа. Настоящая статья поможет с ответом на вопрос – какие электроды лучшие (бюджетные или дорогие), и на каких основаниях делать подобный подбор.

Общие принципы, по которым можно классифицировать электроды

Электрод являет собой металлическую проволоку с покрытием. Его изготавливают из таких материалов, которые по своему составу схожи с металлом основного изделия. Исходя из принятой технологии сварки, электроды можно выбрать расходуемыми (затем переходят в сварной шов) и нерасходуемыми – неплавящимися (в последнем случае необходим присадочный стержень). Также электрод может иметь штучное и непрерывное исполнение (проволока).

Особенности работы сварочного электрода

При сварке расплавленный металл подвергается воздействию воздуха, воспринимая составляющие его газы, в результате чего становится хрупким. С целью ограждения зоны расплава от вредного влияния атмосферы на поверхности электрода постоянно находится шлаковое покрытие. Состав такого покрытия определяет оптимальную зону использования электрода и состав металла, преходящего в шов.

Лучшие сварочные электроды обладают поверхностным покрытием, последовательность образования которого основана на устоявшихся принципах металлургии, физических и химических законах. Качественные покрытия защищают металл от деформирования, обеспечивают устойчивость горения дуги и лучше придают процессу должное качество вследствие:

• Хорошего коэффициента сплошности покрытия, поверхность которого имеет ровные кромки/края;
• Минимизации брызг расплавленного металла;
• Стабильности горения сварочной дуги;
• Контролируемого проникновения металла внутрь шва;
• Необходимых физико-механических характеристик;
• Лёгкого удаления шлаков с поверхности;
• Стабильно хорошей скорости осаждения металла (при наплавке).

Обзор различных видов металлических электродов, предназначенных для дуговой сварки, свидетельствует, что их можно подразделить на неизолированные, с тонким покрытием, либо полностью экранированные.

Электроды с поверхностным покрытием – наиболее популярный источник присадочного металла. Лучший состав покрытия обеспечивает удобство применения, химический состав шва, долговечность изделия.

Эксплуатационные показатели

Разновидности электродов зависят от конкретных качеств, требуемых в наплавленном или сварном шве. К основным свойствам относятся:

• Коррозионная стойкость;
• Высокая прочность на растяжение;
• Соответствие для сварки конкретных материалов (универсальность);
• Пластичность;
• Относительное месторасположение сварного шва;
• Возможность применения на любом типе тока и полярности.

В зоне сварочного шва обеспечивается температурный режим, при котором резко активизируются окислительные процессы. Чтобы состав металла, полученного сваркой, был качественным, самые лучшие сварочные электроды обладают поверхностным покрытием.

Виды и назначение покрытий

Покрытия самых лучших электродов, используемых  для сварки мягких и низколегированных сталей, содержат, как правило, 6 - 12 ингредиентов:

• Целлюлозу – с целью обеспечения газообразного экрана восстановителем, где защитный газ, окружающий сварочную дугу, образуется в результате разрушения целлюлозы;
• Ферромарганец и ферросилиций – обеспечивают раскисление расплавленного металла сварного шва;
• Карбонаты металлов – с целью создания оптимальной восстановительной атмосферы, а также регулировки показателя рН шлака;
• Глины и смолы – придают эластичность покрытию, повышают его прочность;
• Диоксид титана – формирует жидкотекучий, но быстро отвердевающий шлак, обеспечивает ионизацию дуги;
• Фторид кальция – обуславливает стабильность защитного газа, регулирует показатель рН шлака;
• Минеральные силикаты – обеспечивают нужный объём шлака и придают необходимую прочность покрытию;
• Оксиды железа/марганца – регулируют текучесть шлака, обеспечивают стабилизацию дуги;
• Легирующие металлы – отвечают за надлежащий химический состав металла шва;
• Железный порошок – с целью повышения производительности процесса.

Выбор покрытия зависит и от параметров сварки (см. табл.):

Для инверторов требуются штучные электроды, для полуавтоматов – проволока. Качество проволоки для сварки обычно проверяется на испытательной машине. Минимальная прочность хороших электродов на разрыв должна составлять не менее 96…100 МПа.

Оценка примерной марки основного металла изделий

Это первый шаг при выборе сварочного электрода. Цель пользователя – точно сопоставить состав электродов и тип основного металла. Это поможет придать сварному шву хорошую прочность. В сомнительных ситуациях (особенно, если под руками нет подходящей литературы, например, на даче) стоит задать себе несколько вопросов:

• Как выглядит металл? Если результатом сварки является соединение сломанных компонентов конструкции, проверяют степень зернистости структуры на изломе. При наличии грубой крупнозернистой структуры становится ясным, что перед нами – литой металл или чугун;
• Металл магнитен? Если да, то, скорее всего, нам придётся работать с углеродистой либо легированной сталью. Когда металл немагнитен, этот признак указывает на высокомарганцевую сталь, аустенитную нержавеющую сталь, а также на цветные сплавы, легко определяемые визуально;
• Каковы результаты пробы на искру? Как правило, чем больше возникает вспышек, тем выше содержание углерода в составе стали (и тем хуже её свариваемость);
• Как реагирует металл на приложение к нему ударной нагрузки (в частности, зубилом)? Если зубило отскакивает от поверхности, то металл – твёрдый (сюда относят высокоуглеродистую сталь, легированную сталь с высоким содержанием хрома и молибдена, чугун). Если поверхность хорошо поддаётся воздействию зубила, то перед нами – более мягкий тип металла.

Сравниваем параметры процесса сварки

Чтобы предотвратить растрескивание или другие разрывы сварного шва, лучше сравнить наименьший предел временного сопротивления электродов с соответствующим параметром основного металла. Первый показатель должен быть не ниже второго.

Некоторые электроды для бытовой сварки применяют только с определёнными источниками питания: либо переменного, либо постоянного тока, при этом другие типы электродов совместимы с обоими.

Характер тока определяет глубину структурно изменённого слоя сварного шва. Если типы поверхностного покрытия и характеристики тока совпадают (сравнение приведено в таблице), то проникновение материалов (которые входят в состав электродов) в шов окажется глубоким, а работающая сварочная дуга – лучшей (плотной и энергоэффективной). В результате обеспечивается хорошая сварка электродами даже по поверхности, на которой имеются остаточные следы масла, ржавчины, краски и прочих загрязнений. Важно, что проникновение материалов электродов внутрь основного металла будет достаточно мягким и происходит быстро. Соответственно увеличиваются и технологические возможности сварки на сильных токах, обычно генерирующихся сварочным аппаратом при розжиге, например формообразование электродами угловых сварных швов углового типа, либо получающихся горизонтально. Одновременно лучшие сварочные электроды, предназначенные для применения на переменном токе, создают сравнительно мягкий дуговой разряд, который характеризуется средней интенсивностью проникновения. Такой вариант целесообразно реализовывать под сварку чистого, нового (преимущественно – листового) металла.

Ответ на вопрос – какие типоразмеры электродов считаются лучшими, будет неполным, если не учитывать геометрические факторы: толщину основного металла, форму и характер сварного соединения.

Для металлов, имеющих значительную толщину, потребуются сварочные электроды с максимальной пластичностью и низким содержанием водорода – это поможет предотвратить растрескивание образованного шва. Такие электроды обеспечивает шву высокие показатели ударной вязкости, что снизит чувствительность металла к остаточным напряжениям.

Для тонких материалов понадобятся электроды, которые создают более «мягкую» дугу. Кроме того, электроды меньшего диаметра обеспечивают неглубокое проникновение, и это предотвращает выгорание свариваемых материалов с малой толщиной.

Эксплуатация и возможные дефекты

Лучшие сварочные электроды обязательно учитывают условия, с которыми сварное соединение будет сталкиваться на протяжении всего срока эксплуатации. В частности, в условиях резких температурных колебаний, которые дополняются периодически повторяющимися ударными нагрузками, выбор делают в пользу изделий с низким содержанием водорода. Такие изделия имеют хорошую пластичность, что предотвращает растрескивание сварного шва.

При особо ответственных сварочных работах (соединение деталей сосудов, работающих под давлением или изготовление котла) лучшим типом проверки является тест на соответствие рекомендуемых режимов: они обязательно включают в себя и свойства электродов. В подобных случаях важно качество подготовки металла. Очищенный металл уменьшает пористость сварного шва и увеличивает скорость перемещения сварочной дуги.

В процессе выбора изделий иногда забывают об условиях их хранения. Производители продукции специально оговаривают, что электроды всегда должны быть сухими. Повышенная влажность разрушает свойства покрытия и может вызвать чрезмерное разбрызгивание металла сварочной ванны. Это гарантирует повышенную пористость и трещинообразование при сварке некоторых металлов. Электроды, на которые в течение более двух - трёх часов воздействует влажный воздух, должны перед применением обязательно просушиваться. Подойдёт подогрев в подходящем нагревательном устройстве на протяжении 120 минут при температуре не менее 250°C.

После своей сушки электроды целесообразно хранить во влагонепроницаемом контейнере. Их деформация может привести к отслоению части поверхностного слоя от основного металла. Такие изделия использовать нельзя.

Алюминий или его окисел (даже если он присутствует объёмом не более 0,01%), кремний, и его оксид, а также сульфат железа снижают стабильность горения сварочной дуги. С другой стороны окислы железа или марганца увеличивают этот показатель.

Для качества процесса важно ограничить процентное содержание в электродах фосфора и серы: если оно больше 0,04 процента, происходит повреждение металла в готовом шве, поскольку перенос данных элементов от электродов к расплавленному металлу в процессе сварки происходит практически без потерь. Фосфор провоцирует неконтролируемый рост габаритов шва. Это в дальнейшем способствует увеличению хрупкости и синеломкости металла. Особенно резко на это реагируют высокоуглеродистые стали. В роли вредного шлака выступает и сера; она резко уменьшает прочность металла и вызывает красноломкость шва. Сера недопустима и для неизолированных изделий, которые изготовлены из сталей, содержащих малый процент марганца – металла, способствующего образованию прочных сварных швов.

В том случае, когда термическая обработка с учетом проволочной сердцевины по факту неоднородна, либо не производится вовсе, эксплуатационная долговечность шва, полученного сваркой, ухудшается.

Рассмотрение вышеперечисленных факторов помогает преодолеть трудности в выборе правильного типоразмера сварочного электрода для конкретных применений.  Следует учесть, однако, что широкий спектр марок сварочных электродов предоставляет возможность выбора нескольких вариантов решения данной задачи, при этом высокие рейтинги самых популярных брендов не всегда являются определяющим обстоятельством.